Inhaltsübersicht. 2 Begriffe und Grundlagen Was ist Nanotechnologie? Aktivitätsfelder der Nanotechnologie...

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1 Inhaltsübersicht 1 Ergebnisübersicht Begriffe und Grundlagen Forschung und Entwicklung im internationalen Vergleich Überblick über wichtige Anwendungsfelder Vertiefung: Anwendungen in ausgewählten Industriebranchen Vertiefung: Anwendungen in der Informations- und Kommunikationstechnik Vertiefung: Anwendungen in den Lebenswissenschaften Visionen Chancen und Risiken der Nanotechnologie Handlungsbedarf Begriffe und Grundlagen Was ist Nanotechnologie? Aktivitätsfelder der Nanotechnologie Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten Deutschlands im Bereich der Nanotechnologie im internationalen Vergleich Internationaler Vergleich anhand bibliometrischer Daten Internationaler Vergleich anhand von Patentanmeldungen Förderung der Nanotechnologie Überblick über wichtige Anwendungsfelder der Nanotechnologie Neuartige Eigenschaften von nanotechnologischen Produkten und Verfahren Anwendungsfelder nanotechnologiebasierter Produkte und Verfahren Vertiefungsthema: Anwendungen der Nanotechnologie in ausgewählten Industriebranchen Automobilindustrie Luft- und Raumfahrt Bauwesen Textilindustrie Energiewirtschaft Chemische Industrie

2 VIII Inhaltsübersicht 6 Vertiefungsthema: Anwendungen der Nanotechnologie in der Informations- und Kommunikationstechnik Status-quo und Grenzen der Top-down-Strategie Neue Bauelemente-Konzepte Optoelektronik Displaytechniken Nanotechnologiebasierte Systeme und neue Architekturen Anwendungsbeispiel: Allgegenwärtige informationstechnische Systeme Vertiefungsthema: Anwendungen der Nanotechnologie im Bereich der Lebenswissenschaften Nanotechnologie und Lebenswissenschaften Stand und Perspektiven Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im internationalen Vergleich Visionen zur Nanotechnologie Visionäre Diskurse zur Nanotechnologie Forschungspolitik, Wissenschaft und Visionen in den USA Futuristische Visionen und Science Fiction Chancen und Risiken der Nanotechnologie Wirtschaftliche Aspekte Gesundheit und Umwelt Ethische und gesellschaftliche Aspekte Handlungsbedarf Forschung und Entwicklung im Bereich der Nanotechnologie Forschung zu Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt Ethische und gesellschaftliche Aspekte Information der Öffentlichkeit und Diskurse Ausbildung und Nachwuchsförderung Militärische Sicherheit Regulierungsbedarf Literatur

3 Inhaltsverzeichnis 1 Ergebnisübersicht Begriffe und Grundlagen Forschung und Entwicklung im internationalen Vergleich Überblick über wichtige Anwendungsfelder Oberflächenfunktionalisierung und -veredelung Katalyse, Chemie und Werkstoffsynthese Energieumwandlung und -nutzung Konstruktion Nanosensoren und Aktuatoren Informationsverarbeitung und -übermittlung Lebenswissenschaften Sicherheit und Rüstung Vertiefung: Anwendungen in ausgewählten Industriebranchen Automobilindustrie Luft- und Raumfahrtindustrie Bauwesen Textilindustrie Energiewirtschaft Chemische Industrie Vertiefung: Anwendungen in der Informations- und Kommunikationstechnik Vertiefung: Anwendungen in den Lebenswissenschaften Diagnostik Wirkstoffe Verfahren, Materialien und Instrumente Weitere Anwendungen der Nanotechnologie in den Lebenswissenschaften FuE-Aktivitäten Visionen Chancen und Risiken der Nanotechnologie Wirtschaftliche Aspekte Positive Folgen für Gesundheit und Umwelt Mögliche negative Folgen für Gesundheit und Umwelt Ethische und gesellschaftliche Aspekte Handlungsbedarf... 24

4 X Inhaltsverzeichnis 2 Begriffe und Grundlagen Was ist Nanotechnologie? Abgrenzung des Feldes, Definition Erwartungen an die Nanotechnologie Grundlegende Strategien Neuartige Effekte Interdisziplinarität Aktivitätsfelder der Nanotechnologie Nanoskalige Basisstrukturen Punktförmige Strukturen Linienförmige Strukturen Schichtstrukturen Porenstrukturen Komplexe Strukturen Verfahren und Werkzeuge der Nanotechnologie Nanoanalytik Rastersondenverfahren Andere nanoanalytische Verfahren Prozesstechnologien Idealtypisches Top-down-Verfahren Idealtypisches Bottom-up-Verfahren Andere Verfahren zur Erzeugung von nanoskaligen Basisstrukturen Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten Deutschlands im Bereich der Nanotechnologie im internationalen Vergleich Internationaler Vergleich anhand bibliometrischer Daten Internationaler Vergleich anhand von Patentanmeldungen Förderung der Nanotechnologie Deutschland Europäische Union USA Überblick über wichtige Anwendungsfelder der Nanotechnologie Neuartige Eigenschaften von nanotechnologischen Produkten und Verfahren Mechanische Funktionalitäten Geometrische Besonderheiten Elektrische Funktionalitäten Magnetische Funktionalitäten Optische Funktionalitäten Chemische Funktionalitäten Biologische Funktionalitäten... 69

5 Inhaltsverzeichnis XI 4.2 Anwendungsfelder nanotechnologiebasierter Produkte und Verfahren Oberflächenfunktionalisierung und -veredelung Verbesserte mechanische Eigenschaften und tribologische Schutzschichten Thermische und chemische Schutzschichten Benetzungsverhalten Biozide Beschichtungen Optisch-funktionale Oberflächen Oberflächen mit besonderen elektrischen Eigenschaften Lacke und Kleber Katalyse, Chemie und Werkstoffsynthese Katalytisch wirksame Nanopartikel Sonstige neue und weiterentwickelte Katalysatoren Nanoskalige Katalysatorträger Membranen und nanoporöse Filter Nanoreaktoren Adsorptionsmittel Energieumwandlung und -nutzung Photovoltaik Brennstoffzellen Wasserstoffspeicherung Batterien/Akkumulatoren und Superkondensatoren Stromtransport und -speicherung Festtreibstoffe Konstruktion Nanostrukturierte Keramiken Kunststoffe mit Nanofüllstoffen Metallverbindungen Bindebaustoffe Nanosensoren und Aktuatoren Sensoren Aktuatoren Informationsverarbeitung und -übermittlung Elektronische Bauelemente Sonstige IuK-Komponenten Neue Architekturen Lebenswissenschaften Diagnostik und Analytik

6 XII Inhaltsverzeichnis Transport und Dosierung Zerstörung biologischen Gewebes Implantate und Beschichtungen Biomimetik Anwendungen in anderen Bereichen Sicherheit und Rüstung Militärische Plattformen und Trägersysteme Aufklärung Waffen und Munition Personen Übersicht zum Entwicklungsstand Vertiefungsthema: Anwendungen der Nanotechnologie in ausgewählten Industriebranchen Automobilindustrie Nanotechnologiebasierte Automobil-Komponenten und -Subsysteme Nanobasierte Konstruktionswerkstoffe Nanobasierte Werkstoffe für Antriebe und Energieversorgung Nanobasierte funktionale Schichten auf kundenrelevanten Flächen Luft- und Raumfahrt Strukturwerkstoffe Energieerzeugung und -speicherung Informations- und Kommunikationstechnik Sensorik Thermalschutz/Thermalkontrolle Bauwesen Baustoffe Wärmedämmung/Wärmeschutz Außenflächen Innenbereich Textilindustrie Energiewirtschaft Solarzellen Energiespeicher Energiewandler Energietransport Chemische Industrie Katalyse Füllstoffe

7 Inhaltsverzeichnis XIII Pigmente/Beschichtungen/Schmierstoffe Mikro-/Nanoreaktionstechnik Membranen und Filter Pharma Vertiefungsthema: Anwendungen der Nanotechnologie in der Informations- und Kommunikationstechnik Status-quo und Grenzen der Top-down-Strategie Konventionelle Halbleitertechnik und Top-down-Nanotechnologie Entwicklungen und Grenzen von Bauelementen und Fertigungsverfahren in der klassischen Halbleiterelektronik Neue Bauelemente-Konzepte Logikbausteine Resonanz-Tunnel-Elemente Einzel-Elektronen-Transistoren Einzelflussquanten-Logik (RSFQ) Feldeffekttransistoren aus Kohlenstoff-Nanoröhren Magnetoelektronische Bauelemente Spintronik Molekulare Elektronik Speicherbauelemente Magnetische Speicherchips (MRAM) Phasenwechselspeicher (OUM) Weitere Speichertechniken Optoelektronik Quantenpunkte und darauf basierende Bauelemente Photonische Kristalle Displaytechniken Organische Leuchtdioden (OLED) Feldemissionsdisplays aus Nanoröhren Nanotechnologiebasierte Systeme und neue Architekturen DNA-Computing Quanten-Computing Anwendungsbeispiel: Allgegenwärtige informationstechnische Systeme Beiträge der Nanotechnologie zur technischen Basis allgegenwärtiger informationstechnischer Systeme Anwendungsbeispiele für allgegenwärtige informationstechnische Systeme Bewertung

8 XIV Inhaltsverzeichnis 7 Vertiefungsthema: Anwendungen der Nanotechnologie im Bereich der Lebenswissenschaften Nanotechnologie und Lebenswissenschaften Wechselwirkungen Nanobiotechnologie Biologische und technische Nano-Systeme Nano2Bio und Bio2Nano Stand und Perspektiven Biologische Strukturen und Prozesse Nanoskalige Mikroskopie Diagnostik und Analyse biologischer Systeme Biologische Wirkstoffe Transport biologischer Wirkstoffe Dosierung biologischer Wirkstoffe Medizinische Verfahren und Instrumente Biomedizinische Nanomaschinen Medizinische Materialien und Implantate Behandlung von Zellen und Geweben Nahrungsmittel Kosmetik Biomimetik Bioinformatik und molekulare Computer Erwartungen und Prognosen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im internationalen Vergleich Bibliometrische Daten Patentanmeldungen Fördermaßnahmen Deutschland USA Großbritannien Europäische Union Visionen zur Nanotechnologie Visionäre Diskurse zur Nanotechnologie Forschungspolitik, Wissenschaft und Visionen in den USA Futuristische Visionen und Science Fiction Chancen und Risiken der Nanotechnologie Wirtschaftliche Aspekte Halbleiter und optoelektronische Systeme

9 Inhaltsverzeichnis XV Chemie und Katalysatoren Filter und Membranen Medizin, Bio- und Gentechnologie, Pharmazie Gesundheit und Umwelt Positive Folgen für Gesundheit und Umwelt Gesundheit Umwelt Mögliche negative Folgen für Gesundheit und Umwelt Gesundheit Umwelt Ausgewählte Fallbeispiele Photovoltaik Autoabgaskatalysatoren Ethische und gesellschaftliche Aspekte Eingriffe in den menschlichen Körper Visionen zur Nanotechnologie und das Verhältnis von Natur und Technik Visionen in der Kritik Eingriffstiefe beim menschlichen Körper Der menschliche Körper als reparaturbedürftige biologische Maschine Molekulare Maschinentechnologie Neurotechnologie Künstliche Gehirne Entwicklungstendenzen im Anwendungsgebiet Gesundheit Verteilungsgerechtigkeit und Selbstbestimmung Chancen-Verteilung Schadensvermeidung Autonomie und Selbstbestimmung Sicherheitspolitische Implikationen Handlungsbedarf Forschung und Entwicklung im Bereich der Nanotechnologie Forschung zu Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt Ethische und gesellschaftliche Aspekte Information der Öffentlichkeit und Diskurse Ausbildung und Nachwuchsförderung Militärische Sicherheit Regulierungsbedarf Literatur